Caractérisation biomécanique des anévrismes de l'aorte thoracique ascendante

Biomechanical characterization of the ascending thoracic aortic aneurysms

• Auteur / Autrice : Aaron Romo Marquez
• Direction : Stéphane Avril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 13/01/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Jury : Président / Présidente : Christian Geindreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Avril, Christian Geindreau, Jean-Benoît Le Cam, Yannick Tillier, Sam Evans, Jia Lu, Pierre Badel, Jean-Pierre Favre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Benoît Le Cam, Yannick Tillier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies cardiovasculaires -- Diagnostic

Simulation, Méthodes de

Imagerie médicale

Anévrisme de l'aorte

Mots clés libres

Caractérisation biomécanique

Aorte thoracique ascendante

Identification des lois de comportement

Biomechanical characterization

Aneurysm

Ascending thoracic aorta

Mechanical properties identification

Résumé

L’épidémiologie des anévrismes de l’aorte est un problème de santé publique majeur dans les pays industrialisés. Cette pathologie peut engendrer la mort du patient en cas de rupture de l’anévrisme. Actuellement les critères d’intervention chirurgicale sont basés sur la morphologie de l’anévrisme et il existe des difficultés à évaluer correctement le risque de rupture pour chaque patient. L’objectif de cette thèse était de développer une méthode d’identification des propriétés mécaniques de la paroi artérielle de manière personnalisée permettant d’affiner les critères d’intervention chirurgicale. Des essais de gonflement utilisant des mesures de champs et le développement d’une méthodologie d’analyse ont permis de quantifier la distribution des contraintes des anévrismes de manière expérimentale et de mettre en évidence l’apparition des affaiblissements ponctuels dans la paroi afin de prédire la localisation de la rupture de l’anévrisme. Ensuite, une méthode d’identification de propriétés mécaniques a été mise en place pour mettre en évidence l’hétérogénéité du tissu artériel et pour localiser les endroits à l’origine de la rupture du tissu. L’identification des lois de comportement à partir de données expérimentales issues de patients permettra d’améliorer les modèles numériques artériels utilisées aujourd’hui. De plus, la méthodologie créée pour l’analyse de la rupture d’anévrismes pendant cette thèse ouvre la porte à une étape qui vise à développer la caractérisation mécanique in-vivo par l’utilisation de l’imagerie médicale. L’objectif final sera d’évaluer le risque de rupture de l’anévrisme de chaque patient de manière non-invasive.

Epidemiology of aortic aneurysms is a major public health issue that affects a significant proportion of the population in industrialized countries and can cause the death of the patient in case of rupture of the aneurysm.Currently the only criteria for surgery are based on the morphology of the aneurysm, and there are problems to accurately assess the risk of rupture for each patient.The aim of this thesis was to develop a method to identify the mechanical properties of the arterial wall in a personalized way to refine the criteria for surgery.Inflation tests, full-field measurements and a methodology developed were used in order to quantify experimentally the stress distribution of aneurysms. It was possible to highlight the appearance of localized weakening in the wall which will let us predict the location of the rupture on the aneurysm. Then a method was developed to identify the mechanical properties of the aortic tissue. It was possible to highlight the heterogeneity of arterial tissue and locate the places where the rupture of the tissue may occur.The identification of the aneurysm’s mechanical properties from experimental data will improved arterial numerical models used today. In addition, the methodology developed for the analysis of the rupture of aneurysms during this thesis opens the door to a step that aims to develop the in vivo mechanical characterization by the use of medical imaging. The ultimate goal will be to assess the risk of rupture of the aneurysm of each patient in a noninvasive manner.